Rozrywka wielkiego formatu - projektory

Pomimo rosnących rozmiarów telewizorów, jeśli zależy nam na prawdziwym kinie w domu, projektory wciąż są rozwiązaniem, które pozwala uzyskać ekran o największych rozmiarach.

Przyznać trzeba, oczywiście, że urządzenia te wymagają znacznego zaangażowania ze trony użytkownika. Niezbędna jest adaptacja pomieszczenia przez zastosowanie chociaż podstawowego ekranu, który poprawi jakość wyświetlanych treści, oraz zestawu nagłośnieniowego.

Typy projektorów

Ze względu na technikę wyświetlania obrazu możemy wyróżnić trzy główne rodzaje projektorów: LCD, DLP i LCoS. Wszystkie one znajdują zastosowania zarówno w kinie domowym, jak i innych dziedzinach, np. digital signage czy edukacji. Ciągły rozwój tych technik wyświetlania obrazu doprowadził również do wprowadzenia w nich takich rozwiązań jak HDR czy rozdzielczość 4K.

Z LCD do 3LCD

W projektorach LCD znajdziemy matrycę ciekłokrystaliczną, przez którą przechodzi strumień świetlny z lampy. Rozwinięciem tego rozwiązania są projektory 3LCD. Stosowane są w nich trzy płytki, każda jest monochromatyczna i odpowiada za barwę czerwoną, zieloną lub niebieską (RGB). Są one prześwietlane osobnymi strumieniami świateł RGB, otrzymanymi z wydzielenia z białego strumienia świetlnego odpowiednimi pryzmatami dichroicznymi (stosowanie trzech osobnych źródeł RGB jest obecnie przedmiotem innowacji przy zastosowaniu diod LED). Trzy strumienie świetlne niosące w sobie sygnały RGB są następnie sumowane w precyzyjnym zwierciadlanym układzie optycznym i przez obiektyw rzucane na ekran. Rozwiązanie to pozwala na uzyskanie lepszej jakości obrazu przez wzrost rozdzielczości, naturalne jest więc stosowanie go w kinie domowym. Na rynku znajdziemy projektory 3LCD przystosowane do wyświetlania obrazu z dysków Blu-ray Ultra HD, w tym z obsługą formatu HDR, i obsługi formatu 4K. Najbardziej zaawansowane projektory 3LCD wykorzystują refleksyjne panele RHTPS, W których odstęp między pikselami jest mniejszy niż w tradycyjnych panelach HTPS, dzięki czemu ostrość obrazu jest zbliżona do takich rozwiązań jak np. LCoS.

DLP również w 4K

Metoda DLP (Digital Light Processing) została opracowana przez firmę Texas Instruments. Obraz jest tworzony przy wykorzystaniu wyspecjalizowanego układu DMD (Digital Micromirror Device) z mikrolusterkami na powierzchni, od których odbite światło wytwarza punkty obrazowe. Liczba lusterek jest zależna od rozdzielczości obrazu. Sterowanie jasnością poszczególnych subpikseli RGB (mikrolusterek) dokonuje się impulsami napięcia odchylającymi mikrolusterka. Zainstalowany w projektorze procesor przetwarza sygnał wideo na sygnał sterujący położeniem lusterek. Światło odbite od lusterek jest skierowane w obiektyw projektora. Poszczególne barwy (R, G, B) powstają w wyniku przejścia białego światła lampy przez filtry RGB naniesione na wirującej tarczy (filtr kołowy). Obraz powstaje w wyniku sekwencyjnego nakładania się trzech obrazów dla barw podstawowych (R, G, B).

W droższych projektorach, o doskonalszym odwzorowaniu obrazu, stosuje się rozwiązanie 3DMD. Wirujące filtry RGB są tu zamienione na nieruchome. W wypadku stosowania tarczy (koła) kolorów może występować nieznaczny efekt tęczy na krawędziach przedmiotów, który producenci eliminują, stosując wielosegmentowe koła kolorów o większej prędkości, np. RGBRGB czy RGBCYM, gdzie dodano segmenty: cyjan, magenta i żółty.

Technikę DLP stosują liczne firmy, także w projektorach LED i Laser&LED. Istnieją projektory DLP dla obrazów i filmów 3D, wykorzystujące podwójną częstotliwość odświeżania i emitujące sygnały synchronizacji do okularów aktywnych.

Rozwijając tę technikę firma Texas Instruments opracowała przetwornik DLP660TE o rozmiarze 0,66 cala do zastosowań konsumenckich, który wyposażony jest w 4,15 mln mikrolusterek. Szybkie przesuwanie mikrolusterek, trwające mikrosekundy, pozwala na wyświetlenie dwóch pikseli z pojedynczego mikrolusterka. Dzięki temu rozwiązaniu możliwe jest uzyskanie przystępnych cenowo projektorów 4K.

LCoS i techniki pochodne

Technika LCoS (Liquid Crystal on Silicon) stanowi pewien pomost między dwiema poprzednimi. Podobnie jak LCD projektory LCoS opierają się na trzech układach, a każdy z nich odpowiada za inny kolor podstawowy (R, G, B). Ciekłe kryształy są umieszczone pomiędzy szkłem a powierzchnią odbijającą lustra. Przepuszczają lub odbijają światło, które nie jest przepuszczane przez panel, tylko odbijane od luster. Z tego tez powodu LCoS traktuje się jako system łączący DLP i LCD. Pozwala to na uzyskanie bardzo naturalnych kolorów, w tym głębokiej czerni, co nie jest możliwe w wypadku LCD. Dzięki temu projektory wykorzystujące to rozwiązanie osiągają najlepszy współczynnik kontrastu, nieosiągalny dla DLP czy 3LCD. LCoS jest używane w projektorach kina domowego najwyższej klasy oraz oferuje bardzo dużą rozdzielczość. W toku ulepszania i rozwoju techniki LCoS producenci projektorów opracowali ich bardziej rozwinięte wersje, jak stosowane przez JVC D-ILA, SXRD w projektorach marki Sony czy LCoQ w urządzeniach Epsona, wykorzystujące panele RHTPS.

4K w projektorze

Rynek projektorów o rozdzielczości 4K ostatnimi czasy dynamicznie się rozwija. W dalszym jednak ciągu jest to sprzęt dla entuzjastów przygotowanych na duże wydatki. Warto wiedzieć o tym, że nie wszystkie projektory oferowane przez producentów jako 4K dysponują przetwornikami o tej rozdzielczości. Zastosowany przetwornik może mieć rozdzielczość Full HD, lecz dzięki zastosowaniu specjalnych rozwiązań można uzyskać obraz 4K. Najlepiej jednak omówić to za pomocą przykładu. Firma JVC w swojej serii projektorów D-ILA (np. DLA-X7500) stosuje przetwornik Full HD wraz z techniką e-shift 4 oraz procesorem obrazu Multiple Pixel Control4K, z kolei firma Epson w modelu EH-LS10500 z techniką LCoQ wykorzystała optymalizację 4K. Rozwiązania te bazują na możliwości przesunięcia każdego piksela o pół piksela po przekątnej. W ten sposób liczba pikseli w pionie i poziomie zostaje podwojona i uzyskuje się rozdzielczość 4K. JVC stosuje już czwartą generację rozwiązania e-Shift. Jest ono stale ulepszane, tak aby użytkownik otrzymywał jak najlepszej jakości, ostry obraz w rozdzielczości 4K.

W wypadku techniki DLP stosuje się wspominany wcześniej przetwornik DLP660TE. Mimo że dysponuje on 4,15 mln mikrolusterek (2716 × 1528), precyzyjny i szybki napęd optyczny pozwala na ich podwójne ustawienie. Dzięki temu pojedyncze mikrolusterko może odpowiadać za wyświetlanie dwóch pikseli, co daje możliwość uzyskania rozdzielczości 4K.

Na uzyskanie w pełni natywnej rozdzielczości 4K pozwalają najbardziej zaawansowane na rynku projektory, np. JVC DLA-Z1 z natywnym przetwornikiem 4K D-ILA o rozmiarze 0,69 cala, czy linia projektorów Sony 4K SXRD. Warto przy tym nadmienić, że rozwiązania takie jak e-Shift pomimo braku natywnego 4K pozwalają na wyświetlenie takiego sygnału i znacznie poprawiają jakość obrazu względem rozdzielczości Full HD. Jedynie w niewielkim stopniu, jeśli w ogóle, ustępują one natywnym projektorom 4K. Najbardziej zaawansowane projektory są w stanie przyjąć sygnał 4K o częstotliwości 60 Hz z pełnym próbkowaniem koloru 4:4:4. W modelach mniej zaawansowanych jest to np. 4:2:0. Z perspektywy kina domowego czy konsol do gier wartość ta nie jest istotna. Jednakże po podłączeniu komputera PC przy sygnale 4:2:0 mogą występować drobne przekłamania obrazu, np. przy wyświetlaniu kolorowych czcionek. Przy projekcji dynamicznych obrazów warto też zwrócić uwagę, aby projektor dysponował możliwością wykorzystania funkcji upłynniacza w rozdzielczości 4K.

Projektory z HDR

Standard Ultra HD to również gotowość do w yświetlania treści HDR. Należy tu nadmienić, że w projektorach bez natywnego 4K możliwości uzyskania efektu HDR nie są w żaden sposób ograniczone. Jak powszechnie wiadomo, w wypadku telewizorów efekt HDR, aby był widoczny, potrzebuje bardzo dużej jasności, co mogłoby się wydawać problemem dla projektorów. Ze względu jednak na fakt, że projektory generują obraz o znacznie większej przekątnej oraz pracują w ściśle określonych warunkach, np. zaciemnionym pomieszczeniu, nie potrzebują tak dużej jasności jak telewizory, aby uzyskać efekt HDR. W praktyce pozwala to na uzyskanie bardzo jasnego jak na projektor obrazu bez utraty szczegółów i detali. Projektory dostępne na rynku zgodne są ze standardem HDR10, co pozwoli uzyskać obraz HDR z dysków Ultra HD Blu-ray czy konsol do gier. Zgodność ze standardem HDR10 wymaga, aby projektor wyświetlał 10-bitową paletę barw. Musi on również przetworzyć taki sygnał, co wymaga m.in. złącza HDMI 2.0a. Projektor w jak największym stopniu powinien również pokrywać paletę barw DCI, przyjętą dla standardu Ultra HD, oraz Rec. 2020.Warto też dodać, że nowoczesne projektory dysponują na tyle minimalnym input lagiem, że z powodzeniem można je również wykorzystać z konsolami do gier.

Rozdzielczość w kinie domowym

Większość dostępnych na rynku projektorów kina domowego wyświetla obraz w proporcji 16:9. Pracują więc w następujących rozdzielczościach:

• 1280 × 720 pikseli (HD) – najbardziej podstawowe projektory kina domowego;
• 1920 × 1080 pikseli (Full HD) – średnia półka projektorów do kina domowego;
• 2048 × 1080 pikseli (2K DCI) – rozdzielczość dla projektorów kinowych zdefiniowana przez DCI;
• 3840 × 2160 pikseli (Ultra HD) – rozdzielczość najbardziej zaawansowanych projektorów kina domowego;
• 4096 × 2160 (4K DCI) – rozdzielczość dla projektorów kinowych zdefiniowana przez DCI.

Optyka w projektorach

Obecnie na rynku znajdziemy projektory rzutujące obraz o dużej przekątnej z krótkiej odległości – tzw. short throw lub ultra short throw. Obiektywy szerokokątne pozwalają na użycie projektora w małym pomieszczeniu. Stosunek odległości obiektywu od ekranu do szerokości obrazu nazywa się współczynnikiem odległości projekcji. Dla projektorów szerokokątnych powinien być zawsze mniejszy od 1,0. Tego typu rozwiązania stosowane są raczej w projektorach o przeznaczeniu do biznesu czy edukacji. Przyjęto, że podczas wyświetlania filmów odległość projektora od ekranu powinna być od 1,5- do 2,2-krotnie większa niż szerokość obrazu wyświetlanego przez ten projektor. Przy projekcji 3D lepszy rezultat uzyskujemy oczywiście z bliższej odległości. Producenci projektorów na swoich stronach często udostępniają kalkulatory odległości, które pozwalają określić, jak duży obraz uzyskamy z danej odległości przy użyciu konkretnego współczynnika zoom. Wyposażenie obiektywu w zoom rozwiązuje sprawę optymalnego ustawienia projektora, ponieważ dysponujemy pewnym zakresem regulacji. Zarówno użycie zoomu, jak i odległość ustawienia projektora od ekranu wpływają na jasność obrazu. Może to doprowadzić do sytuacji, że aby uzyskać duży ekran o odpowiedniej jasności, niezbędna będzie praca projektora np. w trybie dużej jasności. Przez to źródło światła szybciej się zużyje i będzie on pracować głośniej, ponieważ niezbędne będzie bardziej intensywne chłodzenie. W prostszych projektorach zoomem możemy sterować ręcznie. Te bardziej zaawansowane wyposażone są w zespół motoryczny, który steruje pracą. Dzięki temu, np. podczas kalibracji, można sterować obiektywem projektora stojąc bliżej ekranu.

Tylko jedna pozycja projektora – dokładnie z osią optyczną obiektywu prostopadłą do ekranu – zapewnia obraz niezniekształcony geometrycznie. Przy innych obraz prostokątny przekształca się w trapezowy. Korekcja Keystone’a przywraca kształt prostokątny przy pomocy zmiany położenia obiektywu (korekcja analogowa – Lens Shift Function), a gdy ta nie wystarcza – przy pomocy obróbki cyfrowej, która może kompensować odchylenia o ±30°. Korekcja cyfrowa wykorzystuje technikę interpolacji, różną dla różnych linii, by wyrównywać ich długość. W związku z tym jasność i kontrast obrazu mogą się nieco zmieniać.

Poziom hałasu

Podczas pracy, ze względu na zastosowanie wydajnych źródeł światła, projektor potrzebuje aktywnego chłodzenia. Zastosowany w nim wentylator to główne źródło hałasu w projektorze. Praca lampy z większa jasnością będzie wymagać jeszcze efektywniejszego chłodzenia. Oznacza to szybsze obroty wentylatora i jeszcze większy poziom hałasu. Zdecydowanie, zwłaszcza w kinie domowym, jest to czynnik, na który należy zwrócić uwagę. Wentylator pracuje również przez jakiś czas po wyłączeniu projektora, aby ostudzić lampę. Bezpośrednio po pracy nie należy więc odłączać projektora od zasilania. Jeśli zdarzają się przerwy w dostawie energii elektrycznej, rzutnik warto zabezpieczyć UPS-em.

3D w projektorze

Producenci telewizorów obecnie często odchodzą od wyświetlania obrazu 3D. Co innego w projektorach – te ze względu na rozmiar wydają się jednym z najlepszych rozwiązań do wyświetlania obrazu trójwymiarowego. Najpopularniejszy jest system aktywny, wykorzystujący okulary migawkowe. Są one zsynchronizowane z projektorem, sygnał dla lewego i prawego oka jest nadawany naprzemiennie, a okulary zasłaniają odpowiednie szkło. Należy pamiętać, że okulary aktywne wymagają zasilania oraz zmniejszają jasność obrazu. Dlatego tylko w niektórych projektorach będą dołączone do zestawu, i to raczej nie więcej niż dwie pary. Jeżeli w zestawie nie ma okularów, trzeba się w nie dodatkowo zaopatrzyć. Okulary mogą również wymagać nadajnika, z którym współpracują, lub może on być wbudowany w projektor. Warto pamiętać o tym, że obraz w trybie 3D ma mniejszą jasność, wymagana jest więc oddzielna kalibracja projektora dla tego typu treści.

Ekran projektora

Nie tylko ekran, ale w zasadzie całe pomieszczenie, w którym zainstalowany jest projektor, mają wpływ na jakość obrazu. W zastosowaniach w kinie domowym praktycznym rozwiązaniem są ekrany ścienne ręczne lub rozwijane elektrycznie. Ekran powinien mieć również napinacze, które zapewnią, że jego powierzchnia będzie równa i niepofalowana, co pozwoli uzyskać najlepszy obraz. Ekrany ścienne są ekranami instalacyjnymi. Ekran na czas prezentacji wysuwa się z kasety, w której był schowany. Te ze sterowaniem elektrycznym mają wbudowany w ścianę przełącznik lub pilot zdalnego sterowania. Ekrany ścienne są idealne do dużych sal konferencyjnych, auli lub pomieszczeń adaptowanych do kina domowego. Na jakość obrazu wpływają również takie czynniki jak kolor ekranu oraz współczynnik odbicia światła – gain. Jego wyjściowa wartość to 1,0, typowa dla białych ekranów. W praktyce ekran o białej powierzchni spisze się dobrze w pomieszczeniach, gdzie całe otoczenie jest ciemne i nie odbija światła emitowanego przez ekran, tak jak w salach kinowych. W domowych warunkach, gdy panuje co najwyżej półmrok, z projektorami o wysokiej jasności lepiej spiszą się ekrany o współczynniku gain 0,9 lub poniżej. Dobrym rozwiązaniem są ekrany o szarej powierzchni. Znacznie poprawia ona kontrast i nasycenie barw. Dzięki kalibracji projektora do ekranu kolory nie będą przekłamane.

Jeśli pozwalają na to warunki w kinie domowym, warto zastosować ekran ramowy. Gwarantuje on, że powierzchnia będzie gładka i zawsze naciągnięta. Dostępne są też specjalne farby pozwalające namalować ekran na ścianie. Warto przy tym pamiętać, aby jej powierzchnia była idealnie gładka. Niezależnie od typu ekranu powinien on być otoczony czarną obwódką, która znacznie poprawi kontrast.